【中国科学院】2024构建100_可再生能源系统架构及能源转型路径探讨报告_44页_4mb

构建100%可再生能源系统架构及能源转型路径探讨总结

核心内容

本文探讨了构建100%可再生能源系统架构的可行性及其实现路径，重点分析了风光等可再生能源在技术、经济性、资源和安全性方面的优势，并提出了适应不同区域和场景的能源转型方案。同时，研究了煤电与电网在低碳低成本能源转型中的支撑作用，以及如何通过灵活性调节、多能互补和系统重构解决可再生能源波动性和季节性供需差异问题。

主要观点

• 风光等可再生能源成本低、资源丰富
  风光发电成本已降至0.1元/kWh左右，技术可开发量超过1400亿千瓦，且可再生能源资源完全满足我国能源需求。
  光伏和风电产业规模和技术全球领先，中国是全球主要的光伏和风电设备生产国。

• 构建100%可再生能源体系技术可行、经济更优
  国际和我国研究均表明，构建以可再生能源为主体的新型能源系统不仅技术可行，在经济上也比用化石能源更便宜。
  从第一性原理出发，风光等可再生能源成本低廉，颠覆了传统能源系统的基本逻辑。

• 能源安全与经济性并重
  在保障能源安全的前提下，技术经济性是未来发展的主要趋势。我国可再生能源资源丰富，且产业技术优势明显，具备实现能源零碳体系的条件。

• 系统性思维是能源转型的关键
  能源系统最优，全社会利益最大，需要从全局角度考虑系统灵活性、模块化技术及多能互补的综合能源系统。

关键信息

可再生能源与高载能行业结合

• 高载能行业占工业碳排放的55%，是实现碳中和的难点之一。
• 低成本可再生能源与绿氢技术结合，有望加速实现碳中和，供能成本可下降20~50%。
• 钢铁行业作为典型高载能行业，可通过纯氢冶炼或电炉炼钢技术实现与风光绿氢的耦合应用。

农牧区100%可再生能源解决方案

• 农牧户可实现100%可再生能源供能，包括取暖、炊事、照明等需求。
• 电网覆盖区可采用“改善型”和“舒适型”方案，分别对标我国中东部和发达国家用能水平。
• 大电网未覆盖区则采用太阳能分布式发电与蓄热型电加热供暖相结合的模式，提高能源利用效率。

技术与经济性分析

• 灵活性调节资源：现有煤电装机可进行灵活性改造，支持风光装机的消纳。
  • 煤电灵活性改造可支撑风光装机20亿千瓦以上。
  • 煤电+储热+抽蓄可支撑风光装机100亿千瓦。
• 储热技术：基于卡诺循环的储热发电系统可发挥类似抽水蓄能的作用，且技术成本更低。
• 绿氢应用：绿氢可作为跨季节调节手段，实现风光能源的季节性平衡。

区域与场景分析

• 区域分布：西部、中东部、边远农牧区等不同区域需采取不同的能源开发与利用模式。
• 场景应用：包括县域100%可再生能源系统、边远海岛、数据中心、钢铁行业等典型场景，均可以通过风光绿氢耦合实现低碳供能。
• 数据支持：以唐山钢铁行业为例，纯氢冶炼/电炉炼钢技术可带动周边风光装机就地消纳，降低供能成本。

政策与机制建议

• 需要修订相关政策机制及标准规范，充分利用可再生能源系统特性，发挥其最大作用。
• 取消强制配无功调节装置、单个电站配功率预测，支持太阳能热发电调节电价。
• 取消强配电化学储能，利用竞争性技术方案和市场手段寻找最优方案。

发展建议

• 先立后破：优先发展以风光等可再生能源为主的新应用场景、新技术和新模式，进行研究与示范。
• 系统性规划：综合考虑资源、土地、电网、生态、负荷需求等多因素，进行风光等可再生能源的协同规划。
• 技术融合与创新：推动多能互补、源网荷储一体化、冷热电联供等技术融合，提升系统灵活性与韧性。
• 支持低碳低成本能源转型：通过煤电灵活性改造、储热调节等手段，提升风光消纳能力，支撑我国实现低碳低成本能源转型。

挑战与展望

• 供需数据支撑不足：缺乏明确的供需数据支撑、源网荷一体化仿真平台和优化技术方案。
• 灵活性调节需求大：风光波动性强，需大幅增加灵活性调节资源，包括储热、绿氢、预测、负荷响应等。
• 技术与政策协同：技术发展与政策机制需同步推进，以实现系统重构和能源体系转型。

结论

• 我国完全具备构建100%可再生能源体系的条件，包括资源、技术、产业和经济性等方面。
• 实现碳中和目标，可再生能源将成为未来能源体系的主导，且有望在2050年前实现。
• 能源革命带来巨大机遇，但需系统性思维、技术创新和政策支持，推动能源体系向零碳、低碳方向转型。